張敏 張曉欣 王倩男 王爭爭

滄州師范學(xué)院

熱防護服是對人員在超高溫或高溫條件下工作時進行的安全保護。防護原理是降低熱轉(zhuǎn)移速度，使外界的高熱緩慢而少量的轉(zhuǎn)移至皮膚。本文是研究在高溫環(huán)境工作時，環(huán)境溫度到假人外側(cè)皮膚的傳熱量與防護服不同層度厚度等因素之間的關(guān)系。

一、90分鐘內(nèi)防護服測試數(shù)據(jù)研究

人體在初始時刻溫度為37°C，到1645s時溫度保持在48.08°C不變。因此，利用EXCEL文件進行繪圖，得到關(guān)于假人外側(cè)皮膚溫度與時間的一個擬合關(guān)系式為y = 0.0006x + 45.988。接下來，依據(jù)傅里葉傳熱定律和微分方程建立了環(huán)境溫度通過熱防護服到假人皮膚的熱傳導(dǎo)模型。利用模型和皮膚溫度的擬合關(guān)系，通過MATLAB繪制出溫度分布圖，并將數(shù)據(jù)通過EXCEL文件展示。

二、II層最優(yōu)厚度

考慮熱防護服I，IV，III層厚度保持不變的條件下，環(huán)境溫度給出了固定值時，在保證工作時間一定時，約束條件為假人皮膚外側(cè)溫度大于44°C，并且時間不超過5分鐘，同時溫度不大于47°C，利用熱傳導(dǎo)模型和熱力學(xué)公式從而得到II層最優(yōu)厚度。

依據(jù)傅里葉定律可知傳導(dǎo)的熱量與溫度梯度，傳熱面積和傳熱時間成正比

因此有以下在厚度為x時和0時的關(guān)系式：

和能量守恒定律可推出以下導(dǎo)熱微分方程一般形式:

在問題一已知外界環(huán)境溫度為75℃，I層厚度為0.6mm時，由上述公式可得通過一層的溫度為41.98℃，從而求得II層溫度范圍為22.82℃～95.08℃，進而求得III層溫度為16.78℃～43.29℃，最終得到IV層溫度范圍為37.2℃～39.1℃。

最終得到溫度分布圖如下：